Технология реконструкции зданий и сооружений. В 2 ч. Ч. 2

Прибор «ОНИКС-ОС» в отличие от аналогов выполнен в виде облегченного портативного гидравлического пресса. Кольцевое крепление анкера в шпуре создает стабильные условия сцепления анкера с бетоном, что исключает проскальзывание и существенно улучшает метрологические и эксплуатационные характеристики прибора. Все приборы этого метода применяются в ответственных случаях при обследовании железобетонных конструкций и сооружений, а также для корректировки калибровочных коэффициентов ударно-импульсных и ультразвуковых приборов.

1.1.3. Методы пластической деформации

Основа методов – зависимость размера отпечатка, возникающего на поверхности испытуемого изделия при воздействии штампа – обычно сферической формы – от твердости материала.

Как правило, метод реализуется приборами ударного действия: молоток Физделя И.А., молоток Кашкарова К.П., молоток ХПС, шариковый прибор ПБ, дисковые приборы ДПГ-4(5) Губбера.

Наиболее популярным из них, благодаря простоте конструкции, является эталонный молоток Кашкарова. Оценка прочности бетона осуществляется по градуировочной зависимости «fc–dc/dr», где dc и dr – диаметры отпечатков шарика-индентора на поверхности бетона и эталонном стальном стержне. Метод применяют для оценки

прочности тяжелых бетонов с fc,cube в пределах 5–35 МПа. Он характеризуется невысокой оперативностью, связанной с необходимостью

визуально оценивать размеры отпечатков. Оценки прочности сильно подвержены влиянию состояния поверхностного слоя изделия.

11

Основным недостатком этой группы методов является то, что измерению подвергается лишь твердость растворной части бетона и не учитываются вид, гранулометрический состав крупного заполнителя, его сцепление с растворной составляющей бетона. Наибольшую точность обеспечивает дисковый прибор ДПГ-4(5), так как линейные размеры отпечатка от диска значительно превосходят линейные размеры отпечатков других видов штампа, что снижает погрешность отсчета. В частности, при оценке прочности бетона

впределах от 7 до 30 МПа длина отпечатка диска ДПГ-4 меняется

впределах 42–26 мм, в то время как диаметр отпечатка молотка Кашкарова – от 11 до 5 мм.

1.1.4. Методы на основе измерения параметров упругого взаимодействия индентора с бетоном; механическая модель метода упругого отскока

При достаточной энергии удара индентора со сферической поверхностью торца о бетон (рис. 1.7) наблюдаются упругие и пластические деформации. Рассматривая бетон как однородную упругопластическую среду и допуская, что условия закона Гука выполняются вплоть до момента разрушения, можно заключить, что сила сопротивления разрушению (предельное значение упругой силы) будет пропорциональна площади контакта S в данный момент вре-

мени и динамическому пределу прочности d.

Процесс медленного (квазистатического) упругого деформирования в зоне контакта описывается уравнением Герца

где Fу – сила упругого взаимодействия индентора с контролируемым материалом;

а – радиус области соприкосновения; ν – коэффициент Пуассона материала; Е – модуль упругости.

12

a 1

2

4

3

б

Рис. 1.7. Взаимодействие индентора с бетоном:

а– схема индентирования (I – момент удара; II – момент фиксации отскока;

1– тарированная пружина; 2, 4 – бойки; 3 – индентор);

б– зависимость упругой и пластической сил от площади области взаимодействия

В начальной стадии ударного индентирования – участок 0–А диаграммы (рис. 1.7, б) – проявляют себя упругие деформации. Напряжение в зоне контакта не достигает предела упругости, поэтому разрушения материала не происходит. При S = S0 наступает момент равенства упругой и пластической сил, и при дальнейшем увеличении внешней силы идет процесс разрушения материала, а сила реакции оказывается равной силе, при которой происходит разрушение материала. Если в какой-то момент прекратить нагружение

13

и уменьшить внешнюю силу, то вследствие возникших пластических деформаций обратный процесс идет по линии ВС. Для критического значения радиуса области соприкосновения а0, при котором наблюдается равенство Fy = Fp, из выражения (1.1) следует

Из выражения (1.2) следует, что а0 всегда постоянно для заданного радиуса сферы индентора и упругопрочностных характеристик исследуемого материала.

При динамическом (ударном) индентировании деформация контактной области бетона происходит за счет кинетической энергии бойка. Если не учитывать внутреннее трение в материале, то при малой кинетической энергии W0, при которой а < а0, скорость индентора после отскока будет равна скорости до удара. Если кинетическая энергия индентора W0 достаточна для преодоления границы пластической деформаций S0, то часть энергии поглотится бетоном,

а энергия W , затраченная на упругое деформирование, будет возвращена бойку. За счет энергии упругого деформирования боек, преодолевая упругость пружины, поднимется на высоту h.

При абсолютно неупругом ударе весь процесс закончился бы

вточке В (см. рис. 1.7, б). Но при упругопластическом взаимодействии процесс развития удара будет продолжаться и закончится

вточке С. Для коэффициента восстановления скорости бойка K, выраженного через отношение энергии упругих деформаций к полной кинетической энергии движения индентора, можно записать

14

Как видно из формулы (1.3), при увеличении энергии удара коэффициент восстановления скорости уменьшается, а при увеличении прочности материалаи радиуса сферы индентораK – увеличивается.

Первое место по распространенности в строительных организациях Республики Беларусь принадлежит хорошо зарекомендовавшему себя молотку Шмидта: приборы ОМШ-1 (рис. 1.8), С181, «Proceq», ИП-38, «Schmidt-Hammer» и др.

По зарубежной классификации в зависимости от энергии удара индентора молотки Шмидта делятся на типы, в частности:

M-29,5 Дж – для испытания бетона фундаментов, мостов, покрытия дорог и других массивных конструкций;

N-2,25 Дж – для испытания тяжелых бетонов монолитных и конструкций заводского изготовления(наиболее распространенный);

P-0,9 Дж – молоток маятникового типа для испытания бетонов

иматериалов малой твердости и прочности, например газобетон,

спрочностью от 5 до 20 МПа;

L-0,735 Дж – для испытания легких бетонов и растворов. Стандартный метод упругого отскока (СТБ 2264, ГОСТ 22690–88)

предполагает использование так называемых градуировочных зависимостей fc = F(h), устанавливающих соответствие между индексом (высотой) отскока h и прочностью бетонного образца-куба на сжатие по ГОСТ 10180–2012. Прилагаемый изготовителем к паспорту прибора градуировочный график следует рассматривать лишь как ориентировочный.

В табл. 1.2 приведены параметры градуировочных зависимостей для прибора ОМШ-1. В качестве параметра «точности» градуировочных зависимостей используется остаточное среднеквадратическое отклонение Sт, рассчитываемое по формуле

где fc,i* – единичные значения прочности для i-й серии образцов, определенные по результатам прессовых испытаний;

fc,i – прочность бетона в i-й серии образцов, определенная по градуировочной зависимости;

N – число серий образцов.

15

а

б

Рис. 1.8. Молоток Шмидта:

а – молотки Шмидта «Proceq» и ОМШ-1;

б– элементы конструкции молотка Шмидта;

1– рабочая пружина; 2 – боек; 3 – индентор; 4 – направляющая бойка со спусковым механизмом; 5 – вспомогательная возвратная пружина

16

Таблица 1.2

Параметры градуировочных зависимостей склерометра ОМШ-1

h – показания склерометра (индекс отскока); a, b, A, B, C – коэффициенты аппроксимирующих функций; Sт – остаточное среднее квадратическое отклонение градуировачной зависимости, МПа;

fcm – среднее значение прочности образцов (по данным прессовых испытаний), МПа; r – коэффициент корреляции;

S*т, r* – остаточное среднее квадратическое отклонение и коэффициент корреляции для универсальной линейной градуировачной зависимости Fc,cube = –23,49 + 2,03h.

В качестве градуировочных зависимостей (см. табл. 1.2) для указанных в табл. 1.3 составов бетона возрастом 1–35 сут. вполне приемлемо использовать линейные уравнения вида

fc,cube = a + bh,

рекомендованные СТБ 2264 и ГОСТ 22690.

Несколько лучшие результаты снижения остаточного среднеквадратического отклонения до значения Sт_min давало использование нелинейных зависимостей (экспоненциальных и полиномиальных), приведенных в табл. 1.2. Зависимость

fс,cube = –23,49 + 2,03h,

которую можно рассматривать в качестве универсальной для использованного экземпляра прибора и рассмотренных четырех составов бетона, для всего массива данных испытаний бетонных образцов обеспечивала Sт = 10,4 % при коэффициенте корреляции r = 0,97.

При отскоке индентора от поверхности бетона кинетическая энергия расходуется на совершение работы для сжатия тарированной пружины прибора (рис. 1.7, а). Если ось прибора негоризонтальна, то проявляется влияние силы тяжести Р, так как в этом случае энергия индентора расходуется и на ее преодоление.

Сдругой стороны, сила тяжести влияет на разгон индентора.

Вэтом случае ее влияние на высоту отскока обратно по знаку. Для

склерометра Шмидта коррекция выполняется введением поправки hп к значению косвенного параметраh – индексу отскоку индентора:

fc* fc (h hп),

где fc* – скорректированное значение прочности бетона, определен-

ной по градуировочной зависимости.

На рис. 1.9 приведены графики расчетных зависимостей поправок индекса отскока для двух направлений удара: с учетом и без учета сил трения бойка.

18

*Расход воды при осадке конуса 13–15 см.

**Расход воды при осадке конуса 16–18 см (марка по удобоукладываемости П4).

1.1.5. Метод ударного импульса

Физическая основа метода позволяет проводить параллель с методами упругого отскока и пластической деформации. Определение прочности бетона осуществляется на основе установленной разработчиками зависимости, близкой к линейной:

fс = kdF/dt,

где F – сила соударения твердосплавного индентора с поверхностью бетона;

t – время взаимодействия.

Приборы такого типа производят оценку прочности бетона по временным характеристикам процесса отскока, в частности, по про-

20